【儀表網(wǎng) 儀表下游】快速自動(dòng)化采集分析地震震源信息對(duì)震后趨勢(shì)判定、烈度速報(bào)、地震應(yīng)急救援等提供科學(xué)依據(jù)。但從地震記錄推算地震震源機(jī)制是個(gè)耗時(shí)的計(jì)算過(guò)程，目前世界各地地震監(jiān)測(cè)臺(tái)網(wǎng)在速報(bào)信息里只有發(fā)震時(shí)刻、震級(jí)、地點(diǎn)和震源深度等內(nèi)容，不包括描述地震破裂特征的震源機(jī)制解參數(shù)。
 

　　日前，美國(guó)國(guó)家工程院院士、中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)地空學(xué)院大師講席教授張捷課題組發(fā)表在《自然—通訊》的一項(xiàng)研究顯示，利用深度學(xué)習(xí)算法，人工智能系統(tǒng)可在收到地震記錄后不到1秒時(shí)間內(nèi)，準(zhǔn)確估算出震源機(jī)制解參數(shù)。
 

　　從地震震源參數(shù)來(lái)說(shuō)，海底逆沖類型地震可能會(huì)掀起海浪，造成海嘯，而其他類型地震產(chǎn)生海嘯的可能性比較小。
 

　　震源機(jī)制解(又稱斷層面解)，是利用地震觀測(cè)資料來(lái)研究地震發(fā)生時(shí)，震源處作用力和斷層錯(cuò)動(dòng)性質(zhì)。震源機(jī)制解不僅可以幫助了解斷層的類型，還可以揭示斷層在地震發(fā)生時(shí)具體的運(yùn)動(dòng)情況，描述滑斷面的特征，走向、傾向、傾角等。
 

　　除能幫助預(yù)測(cè)海嘯外，震源機(jī)制解還可能用于由前震預(yù)測(cè)主震，或由主震資料預(yù)測(cè)強(qiáng)余震，揭示震源附近的應(yīng)力分布狀況等。從地震記錄推算地震震源機(jī)制的難點(diǎn)在于，傳統(tǒng)方法計(jì)算強(qiáng)度太大。該數(shù)值解非線性問(wèn)題，計(jì)算時(shí)間長(zhǎng)。對(duì)地震發(fā)生前后各種應(yīng)對(duì)準(zhǔn)備及震后搶險(xiǎn)救災(zāi)來(lái)說(shuō)，每一秒都非常珍貴。
 

　　1938年，地震學(xué)家第一次開(kāi)始推算地震震源機(jī)制解。自那以后，快速得出震源機(jī)制參數(shù)一直是地震研究者想解決的問(wèn)題。時(shí)至今日，世界各地地震監(jiān)測(cè)臺(tái)網(wǎng)在地震速報(bào)信息時(shí)，仍不包括震源機(jī)制參數(shù)。研究人員往往在地震發(fā)生幾分鐘或更長(zhǎng)時(shí)間后，才能報(bào)出震源機(jī)制參數(shù)。
 

　　2014年，張捷課題組與中國(guó)科大計(jì)算機(jī)學(xué)院教授陳恩紅課題組合作，用互聯(lián)網(wǎng)搜索引擎技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了快速報(bào)出數(shù)據(jù)庫(kù)里存好的震源機(jī)制解。隨后，該方法在四川、云南投入地震監(jiān)測(cè)，成為當(dāng)時(shí)先進(jìn)的震源機(jī)制解速報(bào)技術(shù)。但該方法受數(shù)據(jù)庫(kù)約束，難以應(yīng)用于較大的地震監(jiān)測(cè)區(qū)域。
 

　　在這一領(lǐng)域持續(xù)耕耘了7年后，課題組利用人工智能方法，突破了數(shù)據(jù)庫(kù)的約束，使該方法適用于大區(qū)域地震監(jiān)測(cè)。目前，美、日等國(guó)速報(bào)震源參數(shù)水平相當(dāng)。美國(guó)國(guó)家地震局能在震后3分鐘報(bào)出初的地震震源機(jī)制解，隨后幾分鐘內(nèi)有可能再進(jìn)行修正完善，多數(shù)情況是在地震發(fā)生10分鐘以后才能報(bào)出。
 

　　“在這項(xiàng)研究中，我們利用深度機(jī)器學(xué)習(xí)算法，提出一種新的深度卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)——震源機(jī)制網(wǎng)絡(luò)(FMNet)，利用全波形信息快速估計(jì)震源機(jī)制。”該論文第一作者、已在美國(guó)斯坦福大學(xué)地球物理系從事博士后研究的況文歡對(duì)《中國(guó)科學(xué)報(bào)》說(shuō)，“與一般應(yīng)用中有監(jiān)督神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型的訓(xùn)練需要大量的實(shí)際數(shù)據(jù)不同，F(xiàn)MNet可以先用合成數(shù)據(jù)訓(xùn)練，然后直接應(yīng)用于實(shí)際數(shù)據(jù)。FMNet從綜合訓(xùn)練數(shù)據(jù)中學(xué)習(xí)與震源機(jī)制有關(guān)的波形的普遍特征。”
 

　　人工智能方法可以通過(guò)學(xué)習(xí)、驗(yàn)證與測(cè)試完善自身系統(tǒng)。但一個(gè)區(qū)域歷史地震不夠，樣本不夠，怎么解決機(jī)器學(xué)習(xí)問(wèn)題？我們發(fā)現(xiàn)采用理論計(jì)算數(shù)據(jù)做訓(xùn)練樣本非常有效。實(shí)際上，目前發(fā)表的震源機(jī)制解方面的研究，也是通過(guò)理論模型和數(shù)據(jù)反演得到的，機(jī)器學(xué)習(xí)只不過(guò)掌握了所有理論知識(shí)，因此速度與準(zhǔn)確度更好。
 

　　該成果第一次實(shí)現(xiàn)了全自動(dòng)瞬間報(bào)出所有震源參數(shù)，能夠?qū)崟r(shí)提供震源機(jī)制解，將地震監(jiān)測(cè)水平進(jìn)入一個(gè)新的階段。”有了地震震源機(jī)制解后，就知道單個(gè)地震是哪個(gè)斷層在活動(dòng)，從而推斷應(yīng)力分布，預(yù)測(cè)地震風(fēng)險(xiǎn)。雖然震源機(jī)制解公眾并不容易理解，但預(yù)警系統(tǒng)可以依據(jù)震源機(jī)制解做出決定，通知大眾風(fēng)險(xiǎn)程度。
 

　　大量實(shí)際數(shù)據(jù)測(cè)試證實(shí)了該方法的有效性。我們使用震源機(jī)制來(lái)描述斷層地質(zhì)和斷層機(jī)制，也可以利用主震的震源機(jī)制來(lái)計(jì)算應(yīng)力變化，以檢驗(yàn)余震的地震觸發(fā)理論。此外，及時(shí)導(dǎo)出的震源機(jī)制可以為目前正在實(shí)施的點(diǎn)源地震動(dòng)預(yù)測(cè)模型提供重要的補(bǔ)充，有可能幫助改進(jìn)預(yù)測(cè)地震，以便進(jìn)行早期預(yù)警。
 

　　提高地震預(yù)測(cè)預(yù)警的準(zhǔn)確性，需要密集的高頻監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)采集和實(shí)時(shí)處理，現(xiàn)有的人機(jī)結(jié)合工作模式已不適應(yīng)這一要求。這一成果為地震監(jiān)測(cè)、預(yù)測(cè)預(yù)警業(yè)務(wù)實(shí)現(xiàn)快速、高效的智能化轉(zhuǎn)型提供了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。
 

　　資料來(lái)源：中國(guó)科學(xué)報(bào)